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粘弹性阻尼器在钢筋混凝土框架结构中的应用研究

作者：张帅

来源：《科学与财富》2011年第06期

[摘 要] 阐述了粘弹性阻尼器的类型、构造以及特点，通过ETABS对框架结构安装粘弹性阻尼器前后进行有限元分析。

[关键词] 粘弹性阻尼器 ETABS有限元软件 有限元分析 1、引言

中国是一个多地震国家，地震灾害的频繁发生对我国的经济发展与人民生命安全造成了巨大的威胁，近年来发生的汶川地震、玉树地震使我们对地震的危害有了更直接的认识。减少地震灾害对建筑结构的影响是减少地震伤亡人数及经济损失的直接办法，科研人员通过长期以来对地震以及结构震动的研究，使结构振动控制的方法不断发展，粘弹性阻尼器就是其中一种比较有效的结构振动控制方法。 2、粘弹性阻尼器

粘弹性阻尼器（Viscolastic Damper，简称VED）的工作原理是将粘弹性材料粘贴在两块钢板之间，随着钢板的往复，使粘弹性材料产生剪切变形来耗散输入的振动能量，减少结构的振动反应。

2.1粘弹性阻尼器类型与构造

粘弹性阻尼器根据粘弹性层的变形方式可分为拉压型阻尼器和剪切型阻尼器（如图1）。粘弹性阻尼器一般设在结构能产生相对变形的位置，如斜撑、人字形支撑、桁架下需弦杆和梁柱节点。目前实际工程中应用较多的是剪切型阻尼器。

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2.2粘弹性阻尼器的特点：

（1）阀值不明显，在强震和小震下都能够发挥功效，较高的耗能能力使其不仅可以利用在结构的抗震中，还可以利用此特点在超高层建筑抵抗风荷载方面发挥功效； （2）受环境温度的影响较大；

（3）虽然此阻尼器刚度会在大变形的循环荷载作用下将产生一定程度的退化，但其性能较稳定，可进行多次重复加、卸载。

（4）阻尼力的大小与变形速度有关，即速度相关型。 3、粘彈性阻尼器在框架结构中的应用分析

混凝土框架结构是目前民用和工业建筑中应用最为广泛的结构形式，框架结构的振动控制研究对降低地震损失有着较大的实际意义。近年来粘弹性阻尼器的发展越来越成熟，本文将利用ETABS有限元分析软件将对安装粘弹性阻尼器的框架结构与未安装粘弹性阻尼器的框架结构进行对比分析。 3.1工程概况

某框架结构建筑面积3500m2，层高3.3m，共四层。混凝土强度等级取实测强度等级，梁、柱、板均为现浇。荷载取值为：结构屋面活荷载为0.5kN/m2；屋面恒荷载为6kN/m2；楼面活荷载为2kN/m2；楼面恒荷载为5.5kN/m2。场地类别Ⅱ类，抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度值为0.20g。 3.2模型的建立

在对一个建筑物进行结构分析时，首先应当对建筑结构进行必要的模型简化。本文对实际混凝土框架结构的分析主要分为三个过程：建模、运行分析、结果分析及输出。

ETABS建立模型是要经过以下几个步骤：1、设置单位2、模型的初始化3、设置轴网数据4、设置楼层数据5、利用模板进行建模6、设置结构的总体信息7、定义材料8、定义框架截面、楼板和墙截面9、约束的施加10、定义时程分析工况11、振型分析参数的设置。最终建立模型如（图2）：

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3.3地震波的选取

本文采用ETABS有限元程序进行计算。在对结构进行弹性动力时程分析时,地面运动最大加速度取70gal,步长0.02秒，持时30秒。地震波选用EL—CENTRO波,地震作用方向为横向。波形如下（如图3）：

图3El-Centro波

3.4框架结构地震反应分析 3.4.1结构模态分析

通过对前四阶振型的周期横向对比中可知，布置粘弹性阻尼器后，结构的频率增大、周期减小，说明设置粘弹性阻尼器后，结构的刚度增加，结构的动力性能有所改变。 3.4.2地震反应分析